CN104425491A - 芯片、芯片装置以及用于制造芯片的方法 - Google Patents

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Abstract

在不同实施例中提供一种芯片(10)。该芯片具有载体(12)、在所述载体(12)上方构成的集成电路(14)以及蓄能元件(16)。所述蓄能元件具有第一电极(28)和第二电极(30)并且用于给集成电路(14)供以电能。载体(12)、集成电路(14)以及蓄能元件(16)一体地构成并且第一电极(28)由载体(12)形成。

Description

芯片、芯片装置以及用于制造芯片的方法
技术领域
本发明涉及一种芯片、芯片装置以及用于制造芯片的方法。
背景技术
在常规芯片中，具有逻辑电路的电子电路一体地构成在载体例如基底上。电子电路能够例如具有用于通信例如用于与外部装置例如外部读取装置交换数据的通信模块。为了支持通信能够将天线例如整体地集成到芯片中。这样的天线能够具有例如线圈(模块上的线圈，Coil on Module)。例如能够借助于关于芯片外部构成的增益天线正面地影响发送和/或接收功率和/或连接质量。增益天线能够与一体地集成在芯片上的天线耦合，例如感应地。
该芯片能够例如借助于外部能源例如电池运行，该电池与芯片电气耦合，例如借助于金属线和/或焊接连接，例如借助于压焊连接。对此备选地能够感应地传输能量，例如借助于天线，例如假如芯片具有RFID装置或是RFID装置。为了感应地传输用于运行芯片的能量，芯片必须相对接近传输能量的外部装置例如外部读取装置地设置，因为用于运行芯片的相对多的能量是需要的并且必须被传输。尤其地，原则上运行芯片需要的能量大于借助于用于读取芯片的数据的交变电磁场隐含地传输的能量。
发明内容
在不同实施形式中提供一种芯片和/或芯片装置，该芯片或芯片装置实现芯片的电子电路的简单的制造和/或运行，和/或该芯片或芯片装置具有在无接触通信下的大的有效范围。
在不同实施形式中提供一种芯片。该芯片包括：载体；在所述载体上方构成的集成电路；以及蓄能元件。所述蓄能元件具有第一电极和第二电极并且用于给集成电路供以电能。载体、集成电路以及蓄能元件一体地构成，其中第一电极由载体形成。
蓄能元件用作用于芯片的集成电路的能量源。该芯片由此独立于外部能量源。这能够有助于，能够省去例如借助于能够导电金属线与外部能源量例如外部设置的电池的电气耦合。这能够有助于，简单和/或成本有利地制造芯片和/或芯片装置。此外在与芯片的无接触的通信中的有效范围能够特别大，因为通过相应的电磁场不必须传输用于运行芯片的能量——例如在用于供能的感应耦合中必要的那样——而是仅仅必须传输数据。此外一体集成的蓄能元件能够有助于，能够特别简单地运行芯片；和/或实现了，能够将芯片用于多种应用，其中有利的是，不需要与外部装置的实体连接。
在不同实施形式中，芯片包括在载体上方构成的并且与集成电路耦合的天线。该天线有助于，集成电路能够无接触地例如没有有线连接地与外部读取装置通信。该天线能够例如有助于，实现在无接触的通信中特别大的有效范围。此外天线能够用于与增益天线的感应耦合，由此能够进一步增大用于数据传输的有效范围。天线例如如此设置和构成，以使得集成电路设置在天线与载体之间。天线能够与集成电路例如借助于芯片的导体电路和/或通道电气耦合。天线能够具有例如线圈。备选地芯片能够与外部读取装置例如容性地耦合并且数据能够借助于容性耦合传输。对于容性耦合，半导体芯片能够具有电极，该电极形成电容器并且与集成电路电气耦合。
与外部读取装置的通信能够无源、有源、半有源、双向和/或单向实现。此外能够实现在一个或多个载频下的通信，例如借助于超宽带技术(UWB)。
在不同实施形式中，天线、载体、集成电路以及蓄能元件一体地集成到芯片中。这有助于，例如借助于金属线连接的半导体芯片至外部装置例如外部天线的实体耦合对于通信不是必要的。这能够有助于，能够特别简单地运行芯片，和/或实现了，能够将芯片用于多种应用，其中有利的是，不需要与外部装置的实体连接。
在不同的实施形式中，第二电极设置在载体的与集成电路背向的侧上。例如载体设置在第二电极与集成电路之间。这实现了，集成电路构成在芯片的第一区域中，而蓄能元件构成在芯片的第二区域中，其中第一和第二区域相互分开，例如借助于载体的核心区域。
在不同实施形式中，第二电极借助于能够导电的线路与集成电路电气耦合，并且载体具有凹槽，线路延伸穿过所述凹槽。这通过简单的方式实现了，集成电路与蓄能元件电气耦合。该线路能够例如由内层连接和/或连续的通道(垂直互连通路)形成。
在不同实施形式中，在第一电极与第二电极之间设置电解质。这实现了，将蓄能元件作为电池或蓄电池驱动。
在不同实施形式中，第一电极是蓄能元件的阳极，而第二电极是蓄能元件的阴极。
在不同实施形式中，天线具有线圈。
在不同实施形式中，所述芯片具有封装材料，载体、集成电路、蓄能元件并且必要时天线封装到该封装材料中。载体、集成电路、蓄能元件并且必要时天线被封装能够例如意味着，载体、集成电路、蓄能元件并且必要时天线借助于封装材料相对于外部流体和/或气体密封。封装材料能够例如有助于保护芯片免于外部影响。外部影响能够是例如化学和/或物理影响。化学影响能够是例如与流体例如水或血液或者与气体例如氧气或氮气的相互作用。物理影响能够是例如机械影响例如碰撞或撞击或者热影响例如冷或热。例如封装材料能够实现，在生物的身体中使用芯片，例如用于在人体中的血糖监控或用于在宠物身体中的识别。备选地封装材料能够实现，将芯片使用在冰箱或冷库或干燥室中。封装材料能够例如具有玻璃或塑料，例如树脂。
在不同的实施形式中，所述芯片具有传感器，该传感器一体地集成在芯片中。该传感器能够例如实现将芯片用作传感元件。该传感器能够是例如温度传感器、压力传感器、光传感器、湿度传感器或用于检测物质例如流体的化学组成的传感器。
在不同实施形式中，蓄能元件是电池。这能够有助于，能够在长的时间间隔中不进行充电地可靠地运行蓄能元件。
在不同实施形式中，蓄能元件是蓄电池。这实现了给蓄能元件充电，并且能够有助于，能够在长的时间间隔中运行芯片。
在不同实施形式中，该芯片具有用于给蓄电池充电的能量获得模块。该能量获得模块一体集成到芯片中。能量获得模块实现了，在没有与外部充电装置的实体耦合、例如金属线连接的情况下给蓄电池充电。能量获得模块具有例如光电二极管、太阳能电池和/或感应线圈。
在不同实施形式中提供一种芯片装置，其包括芯片、例如上述芯片和增益天线。该增益天线与芯片的集成电路耦合。例如增益天线感应地与芯片的天线耦合，该芯片的天线与芯片的集成电路电气耦合。增益天线能够由此经由芯片的天线间接地与集成电路耦合。
在不同实施形式中提供用于制造芯片例如上述芯片的方法。在此集成电路构成在载体的上方。具有第一电极和第二电极的、用于给集成电路供以电能的蓄能元件与载体、集成电路一体地构成，其中第一电极由载体形成。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下文中进一步阐明。其中：
图1示出了芯片的一个实施例；
图2示出了芯片的一个实施例；
图3示出了芯片装置的一个实施例。
具体实施方式
在下文详细的描述中参照所附附图，附图形成这些描述的一部分并且其中为了阐明示出了特定的实施形式，在这些实施形式中能够施加本发明。在这个方面方向术语例如“上”、“下”、“前”、“后”、“前面”、“后面”等等参照所述附图的方向使用。因为实施形式的元件能够以多个不同的方向定位，所以方向术语用于阐明并且绝不限于方式。清楚的是，能够使用其他实施形式并且进行结构或逻辑变化，而不会脱离本发明的保护范围。清楚的是，其中所述的不同的示例性的实施形式的特征能够相互组合，只要没有另外特定地说明。以下详细的描述因此不能够以限制的意义理解，并且本发明的保护范围通过所附权利要求限定。
在该描述的范围中术语“连接”、“接通”以及“耦合”用于描述不仅直接而且间接连接、直接或间接接通以及直接或间接耦合。在附图中相同或相似元件设有相同的附图标记，只要这是有利的。
图1示出了芯片10，其例如能够是半导体芯片。芯片10具有载体12、集成电路14以及蓄能元件16。蓄能元件16一体集成到芯片10中并且用于给集成电路14供以电能。芯片10能够具有例如天线18。载体12连同集成电路14并且必要时天线18能够称为基底。
芯片10能够形成例如RFID收发器、例如RFID标签和/或设置为用于与外部读取装置的通信。芯片10能够例如通过RFID场被设置用于例如监控温度例如食品储藏温度、轮胎压力和/或身体例如人的身体或动物的身体的参数，例如在不输入外部能量的情况下。由此能够在与外部读取装置的通信和/或数据传输中实现芯片10的大的有效范围，因为仅仅必须传输数据而不必须接收用于运行芯片10的能量。数据能够例如感性、容性、无源、有源、半有源、双向、单向和/或在多个不同频率下传输。
载体12能够由晶片基底形成。虽然在其他实施例中同样能够使用其他适合的材料，但是载体12能够由一种或多种半导体材料制造，例如硅、锗、主组III至V的一种或多种半导体材料或诸如此类组成，或者由一种或多种聚合物组成。在不同实施例中载体12能够由硅(掺杂或未掺杂)制造，在备选的实施例中载体12能够是绝缘硅(SOI)基底。在另外的实施例中能够提供每种其他的适合的半导体材料用于载体12，例如半导体复合材料例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、但是也能够是每种适合的三元或四元半导体材料，例如铟镓砷(InGaAs)。
集成电路14能够具有例如一个、两个或多个中间连接24和/或一个、两个或多个晶体管26。晶体管26能够被构成为例如金属氧化物半导体晶体管(MOS，英语：metal oxide semiconductor)，例如PMOS晶体管和/或MMOS晶体管。集成电路14能够完全或部分地集成在载体12中，其中例如晶体管26能够完全或部分地集成到载体12中。载体12和集成电路14一体地构成。集成电路14能够具有接线结构404，其包括一个金属化层或多个金属化层，其中在金属化层之间能够提供中间电介质(例如氧化物如氧化硅、氮化物如氮化硅、或者低k电介质或高k电介质)。多个金属化层能够借助于一个或多个接触孔(未示出)相互导电连接。
集成电路14此外能够具有未示出的存储元件和/或未示出的整流电路、例如宽谱整流器和/或例如以全桥电路或半桥电路的形式实现。整流电路能够例如构成为用于宽带信号——换言之在大的频域上的信号——的整流(一般用于处理)。整流电路能够设置为，用于处理在以下频率范围中的信号，该频率范围为相对于预定的载频的至少25％，例如至少50％、例如至少75％、例如至少95％或更多。载频能够例如位于在以下范围中，该范围为大约13.56MHz(高频标准)或大约433MHz或大约868MHz或大约2.4GHz(超高频)。
在不同实施例中，整流电路能够被设置用于处理例如从载频开始沿一个频率方向(例如比载频更大或更小的频率范围)或沿两个频率方向(例如比载频更大和更小的频率范围)在围绕载频大于100MHz(例如大于200MHz、300MHz、400MHz、500MHz、600MHz、700MHz、800MHz、900MHz、1GHz、1.5GHz、2GHz或更大)的频率范围中的信号(当然分别根据载频)。
整流电路能够如此设置，以使得该整流电路不具有交流耦合和/或已经自从0Hz开始工作，并且该整流电路能够设置为，处理具有直至整流电路的晶体管26的最大开关频率的频率的信号。
假如设置天线18，那么该天线能够一体地与载体12和集成电路14构成，例如作为模块上线圈。天线18具有线圈22，该线圈能够具有例如多个绕组，所述绕组在图1中在截面图中示出。天线18能够与集成电路14例如经由未示出的能够导电的内层连接而连接。
蓄能元件16具有第一电极28和第二电极30。第一电极28由载体12例如载体12的部分部段形成。形成第一电极的载体12的部分部段与集成电路14背向。在第一电极28与第二电极30之间能够设置例如电解质32。第二电极30能够借助于能够导电的线路34与集成电路14电气耦合。线路34能够例如穿过在载体12和/或集成电路14中的凹槽延伸。线路34能够例如称为内层连接或硅通孔(Through-Silicon-Via)。蓄能元件16用于给集成电路14供能。芯片10由此独立于外部供电。蓄能元件16能够是电池或蓄电池。在集成电路14与第一电极28之间载体12的区域能够称为载体12的核心区域。载体12的核心区域将集成电路14与蓄能元件16分开。
芯片10能够具有封装材料36，载体12、集成电路14、蓄能元件16并且必要时天线18能够封装到封装材料中。例如封装材料36将剩余的芯片10相对于芯片10的环境密封地封装。封装材料能够具有例如玻璃、塑料例如树脂。
图2示出了芯片10的一个实施例，该实施例能够例如进一步地相应于前述芯片10的设计方案。芯片10具有传感器38。备选或附加地芯片10具有例如能量获得模块40。
传感器38能够是例如温度传感器、湿度传感器、压力传感器和/或用于检测流体和/或气体的特征的传感器。
能量获得模块40能够是例如光电二极管、太阳能电池和/或感应线圈。感应线圈能够例如借助于外部交变磁场运行。假如蓄能元件16被构成为蓄电池，那么借助于能量获得模块40能够给例如蓄能元件16充电。
在用于制造上述芯片10的方法中，相应的芯片10能够与多个另外的芯片10一起在一个晶片组合中、例如在一个共同的和/或一件式的晶片基底上制造。集成电路14能够构成在载体12的上方。此外集成电路14能够构成在蓄能元件16之下，其中蓄能元件16具有第一电极28和第二电极30。蓄能元件16与载体12和集成电路14一体地构成。第一电极28由载体12形成。在将芯片10从晶片组合分离之后，例如切割或锯下芯片10之后，能够例如完全地制造该芯片，从而不再需要另外的制造步骤，例如与外部能源的接线。芯片10能够例如在制造之后完全能够被应用。不需要另外的元件，例如电气/电连接。仅仅在提供封装材料36时还必须将封装材料构成在芯片10上。
图3示出了芯片装置50的一个实施例。芯片装置50能够是例如芯片卡的一部分。芯片装置50能够具有例如芯片10和增益天线52。芯片10能够相应于例如上述芯片10的一个设计方案。芯片10与增益天线52耦合。例如芯片10的天线18与增益天线52感应耦合。增益天线52能够具有例如多个在图3中未示出的线圈绕组。
很明显，增益天线52是一个简单的共振电路。其中使用大的导体回路用于能量的感应耦合。为了实现增益效应，如此形成导体回路的一小部分也称为耦合区域，以使得该区域基本上包围天线18。借助于耦合区域形成在该情况下与天线18的另一感应耦合，从而借助于该感应耦合经由天线18与集成电路14的通信是可能的。通过天线18和导体回路的一部分，亦即耦合区域，的几何接近实现非常好的耦合。一般适用的是：导体回路相互越相似和越接近，其感应耦合越好。
本发明不限于提出的实施例。例如集成电路14能够具有或多或少的电气元件，例如电阻、线圈、晶体管和/或存储元件。此外天线18能够具有另外的线圈22和/或另外的绕组。此外也能够在图1中示出的芯片10的实施例中设置传感器38和/或能量获得模块40。此外在图2中示出的芯片10的实施例也能够具有封装材料36。不仅按照图1的芯片10而且按照图2的芯片10也能够与增益天线52耦合。

Claims (15)

1.芯片(10)，包括：
·载体(12)；
·在所述载体(12)上方构成的集成电路(14)；以及
·蓄能元件(16)，所述蓄能元件具有第一电极(28)和第二电极(30)，用于给所述集成电路(14)供以电能，其中一体地构成所述载体(12)、所述集成电路(14)以及所述蓄能元件(16)，并且其中所述第一电极(28)由所述载体(12)形成。
2.根据权利要求1所述的芯片(10)，包括在所述载体(12)上方构成的并且与所述集成电路(14)耦合的天线(18)。
3.根据权利要求2所述的芯片(10)，其中，所述天线(18)连同所述载体(12)、所述集成电路(14)以及所述蓄能元件(16)一体地集成到所述芯片(10)中。
4.根据上述权利要求之一所述的芯片(10)，其中，所述第二电极(30)设置在所述载体(12)的与所述集成电路(14)背向的侧上。
5.根据权利要求4所述的芯片(10)，其中所述第二电极(30)借助于能够导电的线路(34)与所述集成电路(14)电气耦合，并且其中所述载体(12)具有凹槽，所述线路(34)延伸穿过所述凹槽。
6.根据上述权利要求之一所述的芯片(10)，其中，在所述第一电极(28)与所述第二电极(30)之间设置电解质。
7.根据上述权利要求之一所述的芯片(10)，其中，所述第一电极(28)是所述蓄能元件(16)的阳极，而所述第二电极(30)是所述蓄能元件的阴极。
8.根据权利要求2至7之一所述的芯片(10)，其中，所述天线(18)具有线圈(22)。
9.根据上述权利要求之一所述的芯片(10)，所述芯片具有封装材料(36)，所述载体(12)、所述集成电路(14)、所述蓄能元件(16)并且必要时所述天线(18)被封装到所述封装材料中。
10.根据上述权利要求之一所述的芯片(10)，所述芯片具有传感器(38)，所述传感器一体地集成在所述芯片(10)中。
11.根据上述权利要求之一所述的芯片(10)，所述蓄能元件(16)是电池。
12.根据上述权利要求之一所述的芯片(10)，所述蓄能元件(16)是蓄电池。
13.根据权利要求12所述的芯片(10)，所述芯片具有用于给所述蓄电池充电的能量获得模块(40)，所述能量获得模块一体地集成到芯片(10)中。
14.芯片装置(50)，包括根据上述权利要求之一所述的芯片(10)和增益天线(52)，所述增益天线与所述芯片(10)的集成电路(14)耦合。
15.用于制造芯片(10)的方法，其中集成电路(14)构成在载体(12)的上方，并且其中具有第一电极(28)和第二电极(30)的、用于给所述集成电路(14)供以电能的蓄能元件(16)与所述载体(12)、所述集成电路(14)以及所述蓄能元件(16)一体地构成，其中所述第一电极(28)由所述载体(12)形成。
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